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(11) | EP 2 949 930 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | KOLBEN FÜR EINE DOSIERPUMPE |
| (57) Bei einem Kolben (1) für eine Dosierpumpe (2) zum Dosieren von fließfähigen Füllgut,
insbesondere Nahrungsmitteln unter sterilen Bedingungen, in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit,
bestehend aus dem Kolben (1), einer koaxialen metallischen Kolbenstange (4) und einem
Zylinder (3), wobei der Kolben (1) einen metallischen Kolbenkern als Innenteil (10)
und eine radial erweiterte Kolbenführung (5) als Außenteil (9) aufweist, der einen
kegelstumpfförmigen Bund (5') aus Kunststoff mit einer ringförmigen Dichtlippe (6)
besitzt, die mit ihrem größten Durchmesser an der Zylinderinnenfläche (7) des Zylinders
(3) der Kolben-Zylinder-Einheit hermetisch abdichtend hin und her zu gleiten bestimmt
ist, wobei der die Dichtlippe (6) aufweisende Bereich des Außenteils (9) unter Zwischenlage
einer Feder den Innenteil (10) umgibt, weist die Kolbenstange (4) eine koaxiale Durchbrechung
(32) auf, die in der Kolbenstange (4) als Kanal (33) zu einer in Abstand vom Kolben
(1) angeordneten Öffnung (34) zum Außenbereich hin führt, wobei diese Durchbrechung
(32) mit einem radialen Hohlraum (35) zwischen Innenteil (10) und Außenteil (9) des
Kolbens (1) verbunden ist, der seinerseits mit einem an die Dichtlippe (6) angrenzenden
Ringraum (18) in Verbindung steht, derart, dass einerseits ein Druckausgleich zwischen
Ringraum (18) und Öffnung (34) stattfinden kann, und dass andererseits bei einem Undichtwerden
der Dichtlippe (6) durch einen Riss in ihr selber oder in einer der an sie angrenzenden
Wände (13, 14) oder durch ihren mit der Zeit auftretenden Verschleiß das fließfähige
Füllgut über den Ringraum (18) und den Kanal (33) aus dessen Öffnung (34) austreten
und sichtbar werden kann, und dass die Feder eine in dem Ringraum (18) angeordnete
Feder (16) ist.
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[0001] Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Dosierpumpe zum Dosieren von fließfähigen Füllgut, insbesondere Nahrungsmitteln unter sterilen Bedingungen, in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit mit koaxialer metallischer Kolbenstange und metallischem Kolbenkern als Innenteil, bei welcher Einheit ein radial erweiterter Bereich des Kolbens als Außenteil einen kegelstumpfförmigen Bund aus Kunststoff mit einer ringförmigen Dichtlippe aufweist, die mit ihrem größten Durchmesser an der Zylinderinnenfläche des Zylinders der Kolben-Zylinder-Einheit hermetisch abdichtend hin und her zu gleiten bestimmt ist, wobei der die Dichtlippe aufweisende Außenteil des Kolbens unter Zwischenlage einer Feder den Kolbenkern umgibt.
[0002] Derartige Dosierpumpen dienen dem Dosieren beispielsweise von sterilen Nahrungsmitteln in verschiedenste Behälter. Der Kolbenkern und die Kolbenstange werden regelmäßig aus Edelstahl gefertigt.
[0003] Es ist nun ein Kolben dieser Art bekannt, welcher aus einem einstückigen Kompositstoff mit den Bestandteilen Edelstahl, Gummi und PTFE-Compound besteht, wobei der Kolbenkern von einem anliegenden inneren Mantel aus Gummi als Feder umgeben ist, den wiederum ein äußerer Mantel aus PTFE (Polytetrafluorethylene) anliegend umschließt, welcher die Dichtlippe aufweist. Dabei soll der innere Gummi dem äußeren PTFE eine radiale Federung ermöglichen, derart, dass derselbe mit der Dichtlippe federnd an der Zylinderinnenfläche anliegt. Gleichwohl verfügt hier die Dichtlippe trotz der Gummiverwendung über eine relativ geringe Nachgiebigkeit, so dass bereits der Einbau des Kolbens in den Zylinder zwecks Herstellung der Kolben-Zylinder-Einheit, bei welchem Einbau der Durchmesser der Dichtlippe ja etwas verringert werden muss, um in den Zylinder eingeführt werden zu können, schwierig ist und nicht selten zu einer Beschädigung der Dichtlippe führt. Dies auch vor allem deshalb, weil durch die vorhergehende Sterilisation und die sich daraus ergebende Wärmeausdehnung einerseits und Erhöhung des Innendrucks andererseits eine Durchmesservergrößerung entstanden ist. Alles dies lässt dann den bekannten Kolben zu Ausschuss werden und verbietet seine Verwendung a priori. Außerdem ergibt sich selbst dann, wenn ein einwandfreier Einbau gelungen sein sollte, anschließend ein erhöhter Verschleiß durch erhöhte Reibung,
[0004] Ferner ist die Lebensdauer der Dichtlippe des bekannten Kolbens verhältnismäßig kurz, da er aus den genannten Gründen nur über eine relativ geringe Möglichkeit verfügt, sich radial zu erweitern und den durch die erhebliche Reibung an der Zylinderinnenfläche zwangsläufig auftretenden Abrieb auszugleichen. Durch die zu Beginn recht hohe Anpressung der Dichtlippe des bekannten Kolbens tritt ferner zuweilen der nachteilige sogenannte Slip-Stick-Effekt auf, nämlich eine Stotterbewegung des Kolbens relativ zum Zylinder infolge eines wiederholten Übergangs von Haft- zu Gleitreibung bzw. umgekehrt zwischen den beiden, was zu einer stoßhaften Dosierung des Füllguts mit nachteiliger Spritzerbildung führt. Da diese bekannten Kolben nun einmal einstückig ausgebildet sind, ist somit ein relativ häufiger Austausch derselben in ihrer Gesamtheit erforderlich, was mit erheblichen Kosten verbunden ist.
[0005] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, einen Kolben der genannten Art zu schaffen, der einerseits die Möglichkeit eines Druckausgleichs in der Sterilisationsphase seines Einbaus bietet und damit eine Durchmesservergrößerung zum größten Teil vermeidet, der andererseits die Möglichkeit der Feststellung eines Undichtgewordenseins des Kolbens bietet, und der schließlich insgesamt unter Vermeidung der oben erwähnten Nachteile eine höhere Lebensdauer aufweist, d. h. in der Lage ist, über einen längeren Zeitraum als der bekannte Kolben seine Funktion zu erfüllen
[0007] Vorteilhaft kann nämlich bereits bei der ersten Sterilisation des Kolbens der gerade erst eingebauten Dosierpumpe und vor dem Beginn der eigentlichen Funktion der Dosierpumpe durch Ansaugen und Abfüllen einer Produktdosis des abzufüllenden Füllguts eine Kontrolle der einwandfreien Abdichtfunktion des Kolbens erfolgen. Befindet sich der Kolben nämlich in seiner Sterilisierstellung im oberen Raum des Zylinders der Dosierpumpe und wird er dem Sterilisierfluid in Form von Dampf oder Flüssigkeit ausgesetzt, dann würde eine eventuelle Undichtheit des Kolbens durch ein Austreten des Fluids aus der seitlichen Öffnung angezeigt. Ferner ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung zur Feststellung einer Leckage des Kolbens auch noch insofern von Vorteil, als sie es ermöglicht, einen Druckausgleich in der Ausnehmung bzw. dem gesamten Hohlraum zwischen Innenteil und Außenteil zu bewirken, Somit lässt sich ein Überdruck z. B. bei den hohen Temperaturen einer Sterilisation abbauen, der den Durchmesser des Außenteils des Kolbens auftreiben könnte, wie auch ein Unterdruck bei Abfüllprodukten, die bei niedrigen Temperaturen abgefüllt werden müssen, der zu einer unerwünschten Verringerung des Durchmessers des Außenteils führen könnte.
[0008] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll auch die Aufgabe gelöst werden, es zu vermeiden, dass der Kolben am Ende seiner Funktionsfähigkeit hinsichtlich einer zuverlässigen Abdichtung zwischen Kolben und Zylinderinnenfläche zur Gänze ausgetauscht werden muss, was einen erheblichen wirtschaftlichen Verlust zu bedeuten pflegt.
[0009] Hierzu ist der Kolben zweiteilig aus einem die Dichtlippe aufweisenden und den erweiterten Bereich bildenden gesonderten Außenteil aus Kunststoff und aus einem den Kolbenkern bildenden Innenteil aus Metall gebildet, welch letzterer im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist und mit seinem im Durchmesser kleineren Ende voran in eine ihn aufnehmende rotationssymmetrische Ausnehmung des Außenteils eingesetzt ist. Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit eines Austauschs lediglich des die Dichtlippe aufweisenden gesonderten Außenteils des Kolbens.
[0010] Somit wird insgesamt erreicht, dass die Dichtlippe sich einerseits beim Einbau des Kolbens in den Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit leichter radial nach innen verengen lässt und dabei ihre Beschädigung vermieden werden kann, und dass sie andererseits unter der Wirkung der Feder sich auch besonders gut radial nach außen erweitern kann und dadurch in der Lage ist, den beim Betrieb der Dosierpumpe über die Zeit entstehenden Abrieb an der Dichtlippe länger auszugleichen. Die erfindungsgemäße Dichtlippe verfügt somit über eine vergrößerte radiale Flexibilität. Ferner ist der Außenteil aus Kunststoff, vorzugsweise aus dem bekannten PTFE, ein gesondertes Verschleißteil und damit auswechselbar geworden, sodass nicht mehr der gesamte Kolben aus in der Regel im Wesentlichen Edelstahl ausgetauscht werden muss, wenn das Ende der Nutzungsdauer des Kolbens erreicht worden ist, vielmehr genügt ein Austausch des verhältnismäßig preiswerten gesonderten Außenteils, was eine ganz erhebliche Kostenersparnis erbringt, da der wesentlich teurere Innenteil weiter verwendet werden kann, weil er praktisch keinem Verschleiß unterliegt.
[0011] Die Erfindung und ihre sich aus den weiteren Unteransprüchen ergebenden vorteilhaften Ausgestaltungen sind im Folgenden an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
[0012] Es zeigt:
Fig. 1
eine Dosierpumpe in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit mit einem in Längsrichtung
aufgeschnittenen Zylinder;
Fig. 2
den Kolben mit seiner Kolbenstange nach Fig. 1 in einem Längsschnitt bei weggelassenem
oberen Ende der Kolbenstange in einem gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab gemäß
einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3
den Kolben gemäß Fig. 2 mit nur dem Ansatz seiner Kolbenstange in gegenüber der Fig.
2 vergrößertem Maßstab;
Fig. 4
einen Ausschnitt aus Fig. 3 längs der dortigen Linie IV-IV in gegenüber der Fig. 3
vergrößertem Maßstab;
Fig. 5
eine bevorzugte Ausführungsform der als Feder verwendeten Ringfeder in schaubildlicher
Ansicht.
[0013] In Fig. 1 ist ein Kolben 1 für eine Dosierpumpe 2 zum Dosieren von fließfähigen Füllgut, insbesondere Nahrungsmitteln unter sterilen Bedingungen, dargestellt. Die Dosierpumpe 2 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit, bestehend aus einem Kolben 1, einer koaxialen metallischen Kolbenstange 4 und einem Zylinder 3, wobei der Kolben 1 einen metallischen Kolbenkern als Innenteil 10 und eine radial erweiterte Kolbenführung 5 als Außenteil 9 aufweist, der einen kegelstumpfförmigen Bund 5' aus Kunststoff mit einer ringförmigen Dichtlippe 6 besitzt, die mit ihrem größten Durchmesser an der Zylinderinnenfläche 7 des Zylinders 3 der Kolben-Zylinder-Einheit hermetisch abdichtend hin und her zu gleiten bestimmt ist, wobei der die Dichtlippe 6 aufweisende Bereich des Außenteils 9 unter Zwischenlage einer Feder den Innenteil 10 umgibt.
[0014] Der die Dichtlippe 6 aufweisende Bereich des Kolbens 1 besteht aus einem Kunststoff, insbesondere aus PTFE (Polytetrafluorethylene).
[0015] Diese Dosierpumpe 2 saugt bei einer Bewegung des Kolbens 1 in Pfeilrichtung A eine bestimmte Menge an fließfähiger Füllgut aus einem nicht gezeigten Reservoir durch einen Ansaug- und Füllstutzen 8 in Pfeilrichtung B an. Bei einer anschließenden Bewegung des Kolbens 1 in Pfeilrichtung C wird diese Menge wieder durch den Ansaug- und Füllstutzen 8 in Pfeilrichtung D in einen nicht gezeigten Behälter abgegeben. Das dafür erforderliche Ventil mit seinen Wegen einerseits zum Reservoir und andererseits zum Behälter ist ebenfalls nicht gezeigt.
[0016] Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, weist die Kolbenstange 4 eine koaxiale Durchbrechung 32 auf, die in der Kolbenstange 4 als Kanal 33 zu einer in Abstand vom Kolben 1 angeordneten Öffnung 34 zum Außenbereich hin führt, wobei diese Durchbrechung 32 mit einem scheibenförmigen radialen Hohlraum 35 zwischen Innenteil 10 und Außenteil 9 des Kolbens 1 verbunden ist, welcher Hohlraum 35 seinerseits über mindestens einen Durchlass 36 mit einem an die Dichtlippe 6 angrenzenden Ringraum 18 in Verbindung steht, derart, dass einerseits ein Druckausgleich zwischen Ringraum 18 und Öffnung 34 stattfinden kann, und dass andererseits bei einem Undichtwerden der Dichtlippe 6 durch einen Riss in ihr selber oder in einer der an sie angrenzenden Wände 13, 14 oder durch ihren mit der Zeit auftretenden Verschleiß das fließfähige Füllgut über den Ringraum 18 und den Kanal 33 aus dessen Öffnung 34 austreten und sichtbar werden kann, und dass die Feder eine in dem Ringraum angeordnete Feder ist.
[0017] Auf den durch diese Ausgestaltung ermöglichten Druckausgleich und dessen Vorteile wurde bereits hingewiesen. Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kolbens 1 besteht darin, dass bereits bei der ersten Sterilisation des Kolbens 1 der gerade erst eingebauten Dosierpumpe 2 und vor dem Beginn der eigentlichen Funktion der Dosierpumpe 2 durch Ansaugen und Abfüllen einer Produktdosis der abzufüllenden Substanz bzw. des Füllguts eine Kontrolle der einwandfreien Abdichtfunktion des Kolbens 1 erfolgen kann. Befindet sich der Kolben 1 nämlich in seiner nicht gezeigten Sterilisierstellung oben im Raum 42 des Zylinders 3 der Dosierpumpe 2 (Fig. 1) und wird er dem Sterilisierfluid in Form von Dampf oder Flüssigkeit ausgesetzt, dann würde seine eventuelle Undichtheit durch ein Austreten des Fluids aus der seitlichen Öffnung 34 angezeigt.
[0018] Vorteilhaft besteht der Kolben 1 zweiteilig aus einem die Dichtlippe 6 aufweisenden und einen erweiterten Bereich 5 als Kolbenführung bildenden gesonderten Außenteil 9 aus Kunststoff und dem den Kolbenkern bildenden Innenteil 10 aus Metall, vorzugsweise aus Edelstahl, an dem die Kolbenstange 4 koaxial angeordnet ist, welcher Innenteil 10 im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist und mit seinem im Durchmesser kleineren Ende 11 voran in eine ihn aufnehmende rotationssymmetrische Ausnehmung 12 des Außenteils 9 eingesetzt ist.
[0019] Dabei ist zweckmäßig die Ausnehmung 12 unter Bildung auch des Hohlraums 35 und des Ringraums 18 derart ausgehöhlt, dass die an die Dichtlippe 6 angrenzenden und den Ringraum 18 nach außen abschließenden Bereiche des Außenteils 9 eine im Wesentlichen axiale Wand 13 und eine im Wesentlichen radiale Wand 14 bilden, und wobei diese beiden Wände (13, 14) derart flexibel sind, dass die Dichtlippe (6) unter der Wirkung der in der zum Ringraum (18) gehörenden Ausnehmung (12) zwischen der an die Dichtlippe (6) angrenzenden axialen Wand (13) des Außenteils (9) und einer kegelstumpfförmigen Ringwandfläche (15) des Innenteils (10) einspannbaren Feder (16) radial sowohl nach außen vorspannbar als auch beim Einsetzen des Kolbens (1) in den Zylinder (3) der Kolben-Zylinder-Einheit unter der verengenden Wirkung der Zylinderinnenfläche (7) radial nach innen federnd nachgiebig ist. Dabei weist die sich radial erstreckende Wand 14 zweckmäßig mindestens eine in Umfangsrichtung umlaufende, sich in den Ringraum 18 hinein erstreckende und radial flexible Falte 17 auf, die nach Art eines Faltenbalges eine radiale Bewegung der Dichtlippe 6 erleichtert.
[0020] Die im Wesentlichen radiale Wand 14 mit ihrer hier zweckmäßigen einzigen Falte 17 lässt sich ausbilden, weil das freie Ende 9' des Außenteils 9 in seinem Durchmesser gegenüber dem Durchmesser der Dichtlippe 6 entsprechend verringert ist. Im vorliegenden Fall besteht die radiale Wand 14 praktisch nur aus der Falte 17.
[0021] Die Feder 16 ist in dem einen Teil der Ausnehmung 12 bildenden Ringraum 18 zwischen Innenteil 9 und Außenteil 10 angeordnet und ist hier beispielsweise eine Ringfeder. Sie weist einen umgekehrt U-förmigen axialen Querschnitt mit radial inneren Stegen 19 und radial äußeren Stegen 20 und Stegverbindungen 21 auf. Die radial inneren Stege 19 greifen an der kegelstumpfförmigen Ringwandfläche 15 des Innenteils 10 und die radial äußeren Stege 20 greifen an der im Wesentlichen axial verlaufenden und an die Dichtlippe 6 angrenzenden Innenfläche 22 der axialen Wand 13 des Außenteils 9 an. Die Vorspannung der Ringfeder 16 ist durch koaxiale Verlagerung des Innenteils 10 in das Außenteil 9 hinein erzeugbar. Dabei halten zwei Flächen die Ringfeder 16 in Position, nämlich eine Bundfläche 15', die Druck von oben ausübt, und die kegelstumpfförmige Ringwandfläche 15 als Schrägfläche, welche letztlich für die Vorspannung der Dichtlippe 6 verantwortlich ist.
[0022] Die in Fig. 5 dargestellte vorzugsweise Ausführungsform der Feder 16 weist mindestens einen Durchgang 41 auf, derart, dass bei einem Undichtwerden der Dichtlippe 6 ein Durchtritt des nicht gezeigten Füllguts zu mindestens einem Durchlass 36 zwischen Hohlraum 35 und einem Anschlusskanal 40 gewährleistet ist.
[0023] Wie die Fig. 5 zeigt, weist diese Ausführungsform der Feder 16 in Umfangsrichtung und in Abstand voneinander eine Mehrzahl von Durchgängen 41 auf, die sich über den gesamten Umfang der Feder 16 erstrecken.
[0024] Außerdem besitzt die Feder 16 in diesem Fall in Umfangsrichtung zwei einander gegenüberliegende und einen Abstand T voneinander aufweisende Enden 42 und 43, wobei dieser Abstand T ebenfalls einen Durchgang bildet.
[0025] Die Durchgänge 41 sind hier Ausschnitte, die sich von den Stegverbindungen 21 des U zu den Rändern 19' und 20' der Stege 19, 20 der Feder 16 hin erstrecken.
[0026] Dabei können vorteilhaft zur Steigerung der Wirksamkeit der Ringfeder 16 die Stege 19 und 20 zu ihren Rändern 19' und 20' hin mit einer Spreizung versehen werden, wobei nur die Ränder 20' des radial äußeren Stegs 20 an der Innenfläche 22 der axialen Wand 13 anliegen und dabei Linienberührung aufweisen, während die radial inneren Stege 19 flächig an der kegelstumpfförmigen Ringwandfläche 15 des Innenteils 10 anliegen.
[0027] Ein Slip-Stick-Effekt zwischen Dichtlippe 6 und Zylinderinnenfläche 7 lässt sich beim Gegenstand der Erfindung durch Auswahl einer passenden Federstärke der Ringfeder 16 und damit durch eine Variation des Anpressdruckes vermeiden, denn beispielsweise bei der Abfüllung eines hochviskosen Füllguts mit geringerer Schmierwirkung lässt sich der Anpressdruck der Dichtlippe 6 gegen die Zylinderinnenfläche 7 durch Verringerung der Federstärke entsprechend geringer wählen.
[0028] Vorteilhaft weist das Außenteil 9 am oberen Rand seiner Ausnehmung 12 einen radial nach innen vorstehenden Bund 23 auf, der beim Einsetzen des Innenteils 10 in die Ausnehmung 12 aufweitbar ist, derart, dass der Bund 23 nach dem Einsetzen des Innenteils 10 über dessen oberen Rand 24 schnappbar ist und das Innenteil 10 im Außenteil 9 hält. Dabei sind die Abmessungen derart, dass die Endfläche 10a des Innenteils 10 an der inneren Endfläche 9a des Außenteils 9 anliegt.
[0029] Bei der gezeigten Ausführungsform sind Innenteil 10 und Außenteil 9 mittels einer Verschraubung miteinander verbunden. Diese Verschraubung besteht hier aus einer zentralen Schraube 25, welche das Innenteil 10 durchdringt, mit ihrem Kopf 26 in einer Eintiefung 27 des Innenteils 10 anliegt und mit ihrem Gewindeteil 28 in ein koaxiales Sackgewinde 29 des Außenteils 9 eingeschraubt ist.
[0030] Die Kolbenstange 4 besitzt hier eine koaxiale Endplatte 30, die mit dem Innenteil 10 fest verbunden ist, wobei die Verbindung hier aus einer Verschraubung mit mindestens einer Schraube 31 besteht.
[0031] Der Hohlraum 35 ist bei der gezeigten Ausführungsform zwischen Endplatte 30 und Innenteil 10 ausgebildet und im Innenteil 10 ist mindestens ein Durchlass 36 zwischen diesem Hohlraum 35 und einem Anschlusskanal 40 in einer Stirnseite 10a des Innenteils 10 vorgesehen, welcher Anschlusskanal 40 auf diese Weise mit der Öffnung 34 verbunden ist, derart, dass ein Durchtritt zwischen dem Ringraum 18 der Ausnehmung 12 und der Öffnung 34 vorhanden ist.
[0032] Somit kann bei einem Undichtwerden der Dichtlippe 6 durch einen Riss in ihr selber oder in einer der angrenzenden Wände 13, 14, oder durch Verschleiß, das fließfähige Füllgut über den Ringraum 18 der Ausnehmung 12 an der Ringfeder 16 vorbei, durch den Anschlusskanal 40, den Durchlass 36, die Hohlkammer 35, den Kanal 33 und die Öffnung 34 austreten und sichtbar werden. Dabei ist die marktgängige Ringfeder 16 kein Hindernis, wie erläutert.
[0033] Durch Variieren der Art und Form der Durchgänge 41 kann außerdem die Flexibilität und Federkraft der Ringfeder 16 verändert und an unterschiedliche Füllmedien angepasst werden.
[0034] Es ist ersichtlich, dass Außenteil 9 und Innenteil 10 sich nur in zwei Bereichen berühren, nämlich zum einen im Bereich der Endfläche 10a des Innenteils 10, die an der inneren Endfläche 9a des Außenteils 9 anliegt, und zum anderen im Bereich des Bundes 23 des Außenteils 9, der den oberen Rand 24 des Innenteils 10 übergreift. Zwischen diesen beiden Bereichen wahren das Außenteil 9 und das Innenteil 10 einen Abstand voneinander, welcher die offene Verbindung zwischen dem Ringraum 18 und der Öffnung 34 sicherstellt, derart, dass in der erläuterten Weise einerseits ein Druckausgleich und andererseits eine Leckanzeige gewährleistet ist.
[0035] Dabei ist bei der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform das Innenteil 10 in Richtung auf seine Endfläche 10a hin stufenförmig nach innen abgeschrägt, um die kegelstumpfförmige Innenwandfläche 15 und die Bundfläche 15' für die Einspannung der Ringfeder 16 zu bilden.
[0036] Bei der gezeigten bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Ringraum 18 axial zum Hohlraum 35 hin über die Feder 16 hinaus und bietet dabei im Bereich dieser seiner Erstreckung die in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Möglichkeit, zwischen dem Ringraum 18 und dem Durchlass 36 mindestens eine offene Verbindung 44 anzuordnen, die einen Durchtritt von Füllgut zur Öffnung 34 auch dann gewährleistet, wenn die Ausgestaltung der jeweiligen Feder 16 einen Durchtritt des Füllguts an ihr vorbei bzw. durch sie hindurch, wie dies bei der oben beschriebenen Feder 16 der Fall ist, nicht ermöglicht.
[0038] Es könnten nämlich gegebenenfalls in Abhängigkeit von den im Einzelfall gewünschten Federcharakteristiken auch geschlossene Federn Verwendung finden, die ein Hindernis für den Durchtritt von Füllgut bilden können. In solchen Fällen stellt die offene und damit durchlässige Verbindung 44 sicher, dass im Falle einer Leckage der beschriebenen Art trotzdem ein Durchtritt von Füllgut zur Öffnung 34 erfolgen kann.
[0039] Damit wird gleichzeitig deutlich, dass es bei Vorhandensein der beschriebenen offenen Verbindung 44 einer weiteren Möglichkeit für einen Durchtritt von Füllgut zur Öffnung 34, wie sie als Ausführungsbeispiel weiter oben beschrieben wurde, nicht mehr bedarf, es genügt, wenn mindestens eine offene und damit durchlässige Verbindung 44 vorhanden ist. Diese kann entweder in der gezeigten Weise als durchgängige Verbindung zwischen Ringraum 18 und einem Durchlass 36 ausgebildet sein, oder auch als eine solche zwischen Ringraum 18 und direkt dem Hohlraum 35, mit dem bei der gezeigten Ausführungsform der Durchlass 36 bzw. die Durchlässe verbunden ist bzw. sind, beispielsweise mittels mindestens einer nicht gezeigten Schrägbohrung
1. Kolben (1) für eine Dosierpumpe (2) zum Dosieren von fließfähigen Füllgut, insbesondere
Nahrungsmitteln unter sterilen Bedingungen, in Form einer Kolben-Zylinder-Einheit,
bestehend aus dem Kolben (1), einer koaxialen metallischen Kolbenstange (4) und einem
Zylinder (3), wobei der Kolben (1) einen metallischen Kolbenkern als Innenteil (10)
und eine radial erweiterte Kolbenführung (5) als Außenteil (9) aufweist, der einen
kegelstumpfförmigen Bund (5') aus Kunststoff mit einer ringförmigen Dichtlippe (6)
besitzt, die mit ihrem größten Durchmesser an der Zylinderinnenfläche (7) des Zylinders
(3) der Kolben-Zylinder-Einheit hermetisch abdichtend hin und her zu gleiten bestimmt
ist, wobei der die Dichtlippe (6) aufweisende Bereich des Außenteils (9) unter Zwischenlage
einer Feder den Innenteil (10) umgibt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbenstange (4) eine koaxiale Durchbrechung (32) aufweist, die in der Kolbenstange (4) als Kanal (33) zu einer in Abstand vom Kolben (1) angeordneten Öffnung (34) zum Außenbereich hin führt,
dass diese Durchbrechung (32) mit einem radialen Hohlraum (35) zwischen Innenteil (10) und Außenteil (9) des Kolbens (1) verbunden ist, der seinerseits mit einem an die Dichtlippe (6) angrenzenden Ringraum (18) in Verbindung steht, derart, dass einerseits ein Druckausgleich zwischen Ringraum (18) und Öffnung (34) stattfinden kann, und dass andererseits bei einem Undichtwerden der Dichtlippe (6) durch einen Riss in ihr selber oder in einer der an sie angrenzenden Wände (13, 14) oder durch ihren mit der Zeit auftretenden Verschleiß das fließfähige Füllgut über den Ringraum (18) und den Kanal (33) aus dessen Öffnung (34) austreten und sichtbar werden kann,
und dass die Feder eine in dem Ringraum (18) angeordnete Feder (16) ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbenstange (4) eine koaxiale Durchbrechung (32) aufweist, die in der Kolbenstange (4) als Kanal (33) zu einer in Abstand vom Kolben (1) angeordneten Öffnung (34) zum Außenbereich hin führt,
dass diese Durchbrechung (32) mit einem radialen Hohlraum (35) zwischen Innenteil (10) und Außenteil (9) des Kolbens (1) verbunden ist, der seinerseits mit einem an die Dichtlippe (6) angrenzenden Ringraum (18) in Verbindung steht, derart, dass einerseits ein Druckausgleich zwischen Ringraum (18) und Öffnung (34) stattfinden kann, und dass andererseits bei einem Undichtwerden der Dichtlippe (6) durch einen Riss in ihr selber oder in einer der an sie angrenzenden Wände (13, 14) oder durch ihren mit der Zeit auftretenden Verschleiß das fließfähige Füllgut über den Ringraum (18) und den Kanal (33) aus dessen Öffnung (34) austreten und sichtbar werden kann,
und dass die Feder eine in dem Ringraum (18) angeordnete Feder (16) ist.
2. Kolben (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (1) zweiteilig aus einem die Dichtlippe (6) aufweisenden und einen erweiterten Bereich (5) bildenden gesonderten Außenteil (9) aus Kunststoff und dem den Kolbenkern bildenden Innenteil (10) aus Metall besteht, vorzugsweise aus Edelstahl, an dem die Kolbenstange (4) koaxial angeordnet ist, welcher Innenteil 10 im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist und der mit seinem im Durchmesser kleineren Ende (11) voran in eine ihn aufnehmende rotationssymmetrische Ausnehmung (12) des Außenteils (9) eingesetzt ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kolben (1) zweiteilig aus einem die Dichtlippe (6) aufweisenden und einen erweiterten Bereich (5) bildenden gesonderten Außenteil (9) aus Kunststoff und dem den Kolbenkern bildenden Innenteil (10) aus Metall besteht, vorzugsweise aus Edelstahl, an dem die Kolbenstange (4) koaxial angeordnet ist, welcher Innenteil 10 im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet ist und der mit seinem im Durchmesser kleineren Ende (11) voran in eine ihn aufnehmende rotationssymmetrische Ausnehmung (12) des Außenteils (9) eingesetzt ist.
3. Kolben (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausnehmung (12) unter Bildung auch des Hohlraums (35) und des Ringraums (18) derart ausgehöhlt ist, dass die an die Dichtlippe (6) angrenzenden und den Ringraum (18) nach außen abschließenden Bereiche des Außenteils (9) eine im Wesentlichen axiale Wand (13) und eine im Wesentlichen radiale Wand (14) bilden, und wobei diese beiden Wände (13, 14) derart flexibel sind, dass die Dichtlippe (6) unter der Wirkung der in der zum Ringraum (18) gehörenden Ausnehmung (12) zwischen der an die Dichtlippe (6) angrenzenden axialen Wand (13) des Außenteils (9) und einer kegelstumpfförmigen Ringwandfläche (15) des Innenteils (10) einspannbaren Feder (16) radial sowohl nach außen vorspannbar als auch beim Einsetzen des Kolbens (1) in den Zylinder (3) der Kolben-Zylinder-Einheit unter der verengenden Wirkung der Zylinderinnenfläche (7) radial nach innen federnd nachgiebig ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausnehmung (12) unter Bildung auch des Hohlraums (35) und des Ringraums (18) derart ausgehöhlt ist, dass die an die Dichtlippe (6) angrenzenden und den Ringraum (18) nach außen abschließenden Bereiche des Außenteils (9) eine im Wesentlichen axiale Wand (13) und eine im Wesentlichen radiale Wand (14) bilden, und wobei diese beiden Wände (13, 14) derart flexibel sind, dass die Dichtlippe (6) unter der Wirkung der in der zum Ringraum (18) gehörenden Ausnehmung (12) zwischen der an die Dichtlippe (6) angrenzenden axialen Wand (13) des Außenteils (9) und einer kegelstumpfförmigen Ringwandfläche (15) des Innenteils (10) einspannbaren Feder (16) radial sowohl nach außen vorspannbar als auch beim Einsetzen des Kolbens (1) in den Zylinder (3) der Kolben-Zylinder-Einheit unter der verengenden Wirkung der Zylinderinnenfläche (7) radial nach innen federnd nachgiebig ist.
4. Kolben (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die sich radial erstreckende Wand (14) mindestens eine in Umfangrichtung umlaufende, sich in die Ausnehmung (12) hinein erstreckende und radial flexible Falte (17) aufweist, die nach Art eines Faltenbalges einer radialen Bewegung der Dichtlippe (6) dient.
dadurch gekennzeichnet,
dass die sich radial erstreckende Wand (14) mindestens eine in Umfangrichtung umlaufende, sich in die Ausnehmung (12) hinein erstreckende und radial flexible Falte (17) aufweist, die nach Art eines Faltenbalges einer radialen Bewegung der Dichtlippe (6) dient.
5. Kolben nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder (16) in dem einen Teil der Ausnehmung (12) bildenden Ringraum (18) zwischen Innenteil (10) und Außenteil (9) angeordnet ist,
dass die Feder (16) eine Ringfeder (16) ist und einen umgekehrt U-förmigen axialen Querschnitt mit radial inneren Stegen (19) und radial äußeren Stegen (20) und Stegverbindungen (21) aufweist,
dass die radial inneren Stege (19) an der kegelstumpfförmigen Ringwandfläche (15) des Innenteils (10) und die radial äußeren Stege (20) an einer im Wesentlichen axial verlaufenden und an die Dichtlippe (6) angrenzenden ringförmigen Innenfläche (22) der axialen Wand (13) des Außenteils (9) angreifen, und
dass die Vorspannung der Feder (16) durch koaxiale Verlagerung des Innenteils (10) in das Außenteil (9) hinein erzeugbar ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder (16) in dem einen Teil der Ausnehmung (12) bildenden Ringraum (18) zwischen Innenteil (10) und Außenteil (9) angeordnet ist,
dass die Feder (16) eine Ringfeder (16) ist und einen umgekehrt U-förmigen axialen Querschnitt mit radial inneren Stegen (19) und radial äußeren Stegen (20) und Stegverbindungen (21) aufweist,
dass die radial inneren Stege (19) an der kegelstumpfförmigen Ringwandfläche (15) des Innenteils (10) und die radial äußeren Stege (20) an einer im Wesentlichen axial verlaufenden und an die Dichtlippe (6) angrenzenden ringförmigen Innenfläche (22) der axialen Wand (13) des Außenteils (9) angreifen, und
dass die Vorspannung der Feder (16) durch koaxiale Verlagerung des Innenteils (10) in das Außenteil (9) hinein erzeugbar ist.
6. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder (16) mindestens einen Durchgang (41) aufweist, derart, dass bei einem Undichtwerden der Dichtlippe (6) ein Durchtritt des Füllguts zum mindestens einen Durchlass (36) zwischen Hohlraum (35) und einem Anschlusskanal (40) zum Ringraum (18) gewährleistet ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder (16) mindestens einen Durchgang (41) aufweist, derart, dass bei einem Undichtwerden der Dichtlippe (6) ein Durchtritt des Füllguts zum mindestens einen Durchlass (36) zwischen Hohlraum (35) und einem Anschlusskanal (40) zum Ringraum (18) gewährleistet ist.
7. Kolben nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder (16) in Umfangsrichtung zwei einander gegenüberliegende und einen Abstand (T) voneinander aufweisende Enden (41, 42) besitzt, wobei der Abstand (T) ebenfalls einen Durchgang bildet.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Feder (16) in Umfangsrichtung zwei einander gegenüberliegende und einen Abstand (T) voneinander aufweisende Enden (41, 42) besitzt, wobei der Abstand (T) ebenfalls einen Durchgang bildet.
8. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stege (19, 20) der Feder (16) zu ihren Rändern (19', 20') hin mit einer Spreizung versehen sind, wobei nur die Ränder (20') der radial äußeren Stege (20) an der Innenfläche (22) der axialen Wand (13) anliegen und dabei Linienberührung aufweisen, während die radial inneren Stege (19) flächig an der kegelstumpfförmigen Ringwandfläche (15) des Innenteils (10) anliegen.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stege (19, 20) der Feder (16) zu ihren Rändern (19', 20') hin mit einer Spreizung versehen sind, wobei nur die Ränder (20') der radial äußeren Stege (20) an der Innenfläche (22) der axialen Wand (13) anliegen und dabei Linienberührung aufweisen, während die radial inneren Stege (19) flächig an der kegelstumpfförmigen Ringwandfläche (15) des Innenteils (10) anliegen.
9. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass durch Veränderung der Geometrien der kegelstumpfförmigen Ringwandfläche (15) und der Bundfläche (15') am Innenteil (10) ohne Tausch der Feder (16) die Federspannung veränderbar ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass durch Veränderung der Geometrien der kegelstumpfförmigen Ringwandfläche (15) und der Bundfläche (15') am Innenteil (10) ohne Tausch der Feder (16) die Federspannung veränderbar ist.
10. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Außenteil (9) am oberen Rand seiner Ausnehmung (12) einen radial nach innen vorstehenden Bund (23) aufweist, der beim Einsetzen des Innenteils (10) in die Ausnehmung (12) aufweitbar ist, derart, dass der Bund (23) nach dem Einsetzen des Innenteils (10) über dessen oberen Rand (24) schnappbar ist und das Innenteil (10) im Außenteil (9) hält.
dadurch gekennzeichnet,
dass das Außenteil (9) am oberen Rand seiner Ausnehmung (12) einen radial nach innen vorstehenden Bund (23) aufweist, der beim Einsetzen des Innenteils (10) in die Ausnehmung (12) aufweitbar ist, derart, dass der Bund (23) nach dem Einsetzen des Innenteils (10) über dessen oberen Rand (24) schnappbar ist und das Innenteil (10) im Außenteil (9) hält.
11. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Innenteil (10) und Außenteil (9) mittels mindestens einer Verschraubung miteinander verbunden sind.
dadurch gekennzeichnet,
dass Innenteil (10) und Außenteil (9) mittels mindestens einer Verschraubung miteinander verbunden sind.
12. Kolben nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verschraubung eine zentrale Schraube (25) aufweist, welche das Innenteil (10) durchdringt, mit ihrem Kopf (26) in einer Eintiefung (27) des Innenteils (10) anliegt und mit ihrem Gewindeteil (28) in ein koaxiales Sackgewinde (29) des Außenteils (9) eingeschraubt ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verschraubung eine zentrale Schraube (25) aufweist, welche das Innenteil (10) durchdringt, mit ihrem Kopf (26) in einer Eintiefung (27) des Innenteils (10) anliegt und mit ihrem Gewindeteil (28) in ein koaxiales Sackgewinde (29) des Außenteils (9) eingeschraubt ist.
13. Kolben nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbenstange (4) eine koaxiale Endplatte (30) aufweist, die mit dem Innenteil (10) fest verbunden ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kolbenstange (4) eine koaxiale Endplatte (30) aufweist, die mit dem Innenteil (10) fest verbunden ist.
14. Kolben nach den Ansprüchen 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindung aus einer mindestens Verschraubung (31) besteht.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindung aus einer mindestens Verschraubung (31) besteht.
15. Kolben nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hohlraum (35) zwischen Endplatte (30) und Innenteil (10) ausgebildet ist und im Innenteil (10) mindestens ein Durchlass (36) zwischen diesem Hohlraum (35) und mindestens einem Anschlusskanal (40) in einer Stirnseite (10a) des Innenteils (10) vorgesehen ist, welcher Anschlusskanal (40) auf diese Weise mit der Öffnung (34) verbunden ist, derart, dass ein Durchlass zwischen dem Ringraum (18), der Ausnehmung (12) und der Öffnung (34) an der Feder (16) vorbei vorhanden ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hohlraum (35) zwischen Endplatte (30) und Innenteil (10) ausgebildet ist und im Innenteil (10) mindestens ein Durchlass (36) zwischen diesem Hohlraum (35) und mindestens einem Anschlusskanal (40) in einer Stirnseite (10a) des Innenteils (10) vorgesehen ist, welcher Anschlusskanal (40) auf diese Weise mit der Öffnung (34) verbunden ist, derart, dass ein Durchlass zwischen dem Ringraum (18), der Ausnehmung (12) und der Öffnung (34) an der Feder (16) vorbei vorhanden ist.
16. Kolben nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass Außenteil (9) und Innenteil (10) sich nur in zwei Bereichen berühren, nämlich zum einen im Bereich der Endfläche (10a) des Innenteils (10), die an der inneren Endfläche (9a) des Außenteils (9) anliegt, und zum anderen im Bereich des Bundes (23) des Außenteils (9), der den oberen Rand (24) des Innenteils (10) übergreift, wobei zwischen diesen beiden Bereichen das Außenteil (9) und das Innenteil (10) einen Abstand voneinander wahren, welcher eine offene Verbindung zwischen dem Ringraum (18) und der Öffnung (34) an der Feder (16) vorbei sicherstellt.
dadurch gekennzeichnet,
dass Außenteil (9) und Innenteil (10) sich nur in zwei Bereichen berühren, nämlich zum einen im Bereich der Endfläche (10a) des Innenteils (10), die an der inneren Endfläche (9a) des Außenteils (9) anliegt, und zum anderen im Bereich des Bundes (23) des Außenteils (9), der den oberen Rand (24) des Innenteils (10) übergreift, wobei zwischen diesen beiden Bereichen das Außenteil (9) und das Innenteil (10) einen Abstand voneinander wahren, welcher eine offene Verbindung zwischen dem Ringraum (18) und der Öffnung (34) an der Feder (16) vorbei sicherstellt.
17. Kolben (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Ringraum (18) axial zum Hohlraum (35) hin über die Höhe der Feder (16) hinaus erstreckt und zwischen dem Ringraum 18 und dem mindestens einen Durchlass 36 mindestens eine offene Verbindung 44 angeordnet ist, die einen Durchtritt von Füllgut zur Öffnung 34 auch dann gewährleistet, wenn die Ausgestaltung der jeweiligen Feder 16 einen Durchtritt des Füllguts an ihr vorbei bzw. durch sie hindurch nicht ermöglicht.
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Ringraum (18) axial zum Hohlraum (35) hin über die Höhe der Feder (16) hinaus erstreckt und zwischen dem Ringraum 18 und dem mindestens einen Durchlass 36 mindestens eine offene Verbindung 44 angeordnet ist, die einen Durchtritt von Füllgut zur Öffnung 34 auch dann gewährleistet, wenn die Ausgestaltung der jeweiligen Feder 16 einen Durchtritt des Füllguts an ihr vorbei bzw. durch sie hindurch nicht ermöglicht.
18. Kolben (1) nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die offene Verbindung mindestens eine Bohrung ist.
dadurch gekennzeichnet,
dass die offene Verbindung mindestens eine Bohrung ist.